[实用新型]三角形钢板开孔式阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程、地震工程技术领域，具体为设置在建筑和桥梁结构中的一种三角形钢板开孔式阻尼器。 

背景技术

近年来，我国在建筑和桥梁工程结构的减、隔震技术方面进行了大量的研究，也有诸多类型的阻尼器专利得到申请。传统的抗震设计是通过结构自身的抗震性能来抵抗地震作用，但这种抗震方式以牺牲结构部分构件为代价，并且缺乏自我调节能力，在超出设防水准的地震下很可能不满足安全性的要求。而减隔震装置作为额外增设于结构中部分，通过耗减地震能量，保护结构的安全，已经受到广泛工程设计人员的推崇。 

目前减隔震装置有很多，其中金属阻尼器具有构造简单、形式多样、滞回耗能能力好、坚实耐用、经济性好等优点，是国内外广泛研究的一种结构耗能减震装置。最早被提出的三角形、X形这类经典的金属阻尼器理论上具有整体同时屈服，钢材利用率较高的优点。但通过有限元分析发现：这种金属阻尼器在钢板破坏时，绝大部分钢板各截面外缘点没有达到极限应变，钢板应变均匀性并没有达到令人满意的效果，造成了钢材的浪费。为了进一步改善钢板破坏时应变均匀性，提高钢材利用率与经济效益，有必要研究一种新型钢板阻尼器。 

发明内容

本实用新型给出一种三角形钢板开孔阻尼器，其目的是解决原有经典的三角形钢板阻尼器破坏时应变均匀性差，实际钢材利用率低的不足等诸多问题，进而提供一种具有良好的应变均匀性，同时具有较好耗能能力和位移能力，开孔的应力集中现象不明显，构造合理的的三角形钢板开孔阻尼器 

本实用新型给出的技术方案如下： 

一种三角形钢板开孔阻尼器，包括钢板、底板、上部挡板和球形传力键，其特征在于，所述钢板设计成开孔式的耗能钢板，钢板平面几何形状为三角形，平面的钢板上开一个椭圆形孔,三角形板的底边固嵌于所述底板，顶点通过所述球形传力键与所述上部挡板紧密贴合。钢板材料建议选取屈服强度345MPa的高强 软钢，以保证其具有较高的初始刚度和良好的塑性性能。需要注意的是：第一，三角形钢板开孔阻尼器受力形式为受弯构件。第二，为避免应力集中，开孔形状为椭圆形；第三，为保证钢板完整性，开孔边缘应预留足够的宽度。第四，椭圆形开孔能够明显改善钢板破坏时应变均匀性。第五，椭圆形开孔不影响阻尼器位移能力和耗能能力。 

本实用新型装置中的耗能部件为开椭圆孔的三角形钢板，椭圆孔长轴方向与板宽方向互相垂直。椭圆孔中心距底边在0.36～0.44H之间(H为三角板板高)，椭圆孔长轴为0.2～0.28H之间，椭圆孔短轴为0.12B～0.16B之间(B为三角形板宽)。此外，开孔部分的面积控制在原有三角形钢板面积的7％～10％，开孔椭圆的离心率为0.85～0.9。椭圆形开孔的任一边界点与三角形钢板边界的最小距离不应小于3cm。 

本实用新型适用于建筑工程与桥梁工程的减震设计。通过对三角形钢板上开椭圆形孔，使得本实用新型在不影响阻尼器位移能力和屈服耗能能力的情况下，能有效改善钢板破坏时应变均匀性差的问题，实现节约钢材的目的。而且椭圆形开孔，避免了应力集中问题，也保证了钢板的屈服耗能能力和位移能力不降低。 

附图说明

图1三角形钢板应力拓扑优化结果。 

图2开孔前后钢板模型的力—位移曲线:(a)未开孔钢板。 

图3开孔前后钢板模型的力—位移曲线:(b)开椭圆孔钢板。图4开孔前后钢板模型的力—位移曲线:(a)未开孔钢板。 

图5开孔前后钢板模型的力—位移曲线:(b)开椭圆孔钢板。 

图6为三角形开椭圆形孔阻尼器横向图。 

图中：1为顶板，2为上部挡板，3为螺栓，4为三角形钢板，5为底板，6为球形传力键，7为椭圆形开孔。 

图7为三角形开椭圆形孔阻尼器纵向图。 

图8为一种三角形钢板开孔阻尼器实例在桥梁中应用示意图。 

图中：8为支座，9为主梁，10为桥墩。 

图9为一种三角形钢板开孔阻尼器实例在建筑支撑中应用示意图。 

图中：11为框架梁，12为框架柱，13为斜撑。 

具体实施方式

为了探求一个合理的钢板构造，对三角形钢板建立有限元模型进行了拓扑优化。拓扑优化结果表明，钢板应变较低处集中在钢板中部和底部，初步考虑挖去这几部分。但是挖去2个底角，很大程度上降低钢板首次屈服刚度而且应力集中问题难于克服，故不考虑。如果在钢板中间挖圆孔，会出现严重的应力集中问题，大大降低钢板的位移能力；此外，如果椭圆孔长轴与底边平行，那么应变改善效果十分有限，故这2种开孔方式不予考虑。如图1所示。